稀土在超级双相不锈钢中的应用

稀土在超级双相不锈钢中的应用

张旭明 张红领 通讯作者

百色学院  广西百色  533000

摘要：双相不锈钢兼备了铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢的优点，拥有良好的力学性能和耐蚀性能，而超级双相不锈钢具有比普通双相不锈钢更好的耐蚀性（耐点蚀当量值PREN≥40），广泛应用于海工、核电等苛刻腐蚀环境。针对超级双相不锈钢热变形过程两相变形协同性差，后续焊接、热加工及服役过程中易于相界析出金属间化合物相，成为工件裂纹源或腐蚀源，降低工件的热加工性能及使用寿命。开展超级双相不锈钢中添加稀土优化组织、改善析出相形态及分布、提高其热塑性及综合性能成为研究的热点。

关键词：超级双相不锈钢;稀土;显微组织

1提高耐腐蚀性

超级双相不锈钢（SDSS）因其含有较高比例的铬、钼和氮元素，表现出卓越的耐腐蚀特性，尤其在极端环境中表现优异。然而，通过添加稀土元素，如铈（Ce）和镧（La），可以进一步增强这种钢材的抗腐蚀能力。这些稀土元素在材料中形成的稳定化合物，不仅有助于净化钢的熔炼过程，还能有效地细化晶体结构，增强材料的整体均匀性。特别是在防止点蚀和缝隙腐蚀方面，稀土元素的加入提供了一层额外的防护。这种改进主要是因为稀土化合物在材料表面形成了一层难以渗透的保护层，极大地阻隔了腐蚀介质的侵袭。通过这种方式，超级双相不锈钢的应用领域得以扩展，尤其是在海洋工程、化工设备及其他需要长期抗腐蚀的重要工程中，其价值和应用前景被进一步提升。

2改善机械性能

在材料科学中，特别是在超级双相不锈钢的生产中，稀土元素的加入扮演了一个关键角色，主要用于增强材料的机械性能。稀土如铈和镧的引入，通过优化钢材的微观结构，尤其是晶粒的尺寸和分布，显著提升了钢材的屈服强度和抗拉强度。这种优化过程主要是稀土元素在晶界处形成特定的化合物，这些化合物可以有效地阻止晶界的移动，从而使材料在受力时更加坚固和稳定。

此外，稀土元素的加入还帮助改善材料的韧性。在受到高冲击或变形时，优化后的晶粒结构能更好地吸收和分散应力，从而减少材料断裂的可能性。这种通过微观结构调整来提高宏观性能的方法，不仅提高了超级双相不锈钢的工程应用性能，还扩展了其在极端环境下的使用寿命和可靠性。因此，稀土元素的加入不仅是材料科学的一种创新，也是工业应用中一种价值高的改进策略。

3改进焊接性能

焊接作为超级双相不锈钢常用的加工技术，对材料的整体性能和质量有着至关重要的影响。在这种高性能材料的焊接过程中，稀土元素的加入发挥了显著的作用，特别是在提升焊接质量和减少缺陷方面。稀土元素如铈和镧在焊接区域的引入能有效地控制氧化过程，这是因为这些元素具有较强的亲氧性，能够与氧形成稳定的氧化物，从而在焊缝区形成一层保护性的膜，阻止氧和其他有害气体的渗入。

此外，稀土元素还能优化焊缝金属的微观结构，减少焊接热影响区的硬化现象，这有助于防止焊接过程中的热裂纹形成。热裂纹是由于焊接过程中局部区域迅速升温和冷却所产生的应力集中引起的，稀土元素通过改善晶粒结构，提高晶粒的均匀性和细化度，从而增强材料在高温下的塑性变形能力，有效降低了裂纹的发生率。

稀土元素还能提高焊缝的机械性能，例如增加焊接接头的韧性和抗冲击性，这对于那些在极端或复杂环境下使用的结构部件尤为重要。通过改善焊接性能，超级双相不锈钢的应用范围得以扩大，包括石油和天然气输送管线、化工反应器以及海洋工程结构等关键领域，都能从中获益。这种通过稀土元素改进焊接技术的方法，不仅提高了制造效率，还大幅度提升了最终产品的可靠性和性能。

4提高抗氧化性和耐高温性能

在面对高温应用时，超级双相不锈钢的性能表现至关重要，尤其是在抗氧化性能方面。通过引入稀土元素，如铈（Ce）和镧（La），可以显著增强这类钢材的高温稳定性和耐久性。稀土元素在钢中形成的稳定化合物能有效提高材料的抗氧化性，这是因为这些化合物在高温环境下能够与氧反应，形成密集的氧化层，防止进一步的氧化作用。这种保护层在高温下保持稳定，确保材料结构不被氧化破坏，从而维持机械性能的完整性。

此外，稀土元素的加入还优化了超级双相不锈钢在高温下的晶格结构，使其更加紧密和均匀。这种结构的优化不仅提高了材料的热稳定性，还增强了其在高温应用中的抗蠕变能力。蠕变是在高温长时间负载作用下材料发生的缓慢塑性变形，通过改善晶粒结构，稀土元素有助于减缓这一过程，提高材料的使用寿命。因此，超级双相不锈钢在添加了稀土元素后，不仅在常温下表现出色，在高温应用中也能展现出卓越的性能。这使得它成为石化、能源发电及航空航天等行业中，特别是那些需要材料在极端高温环境中保持高强度和耐久性的应用的理想选择。这种材料的改良，有效拓展了其在工业高温环境下的应用范围，提高了操作效率和安全性。

结束语

总之，虽然稀土元素的添加为超级双相不锈钢的性能提升开辟了新的可能性，但其成功应用依赖于严格的合金设计和精确的加工控制。这种综合管理策略确保了稀土元素的正面效果得到最大化，同时抑制了可能的负面影响。这样的方法不仅提升了材料的性能，还确保了成本效益和加工的可行性。

参考文献

［1］吴玖．双相不锈钢［M］．北京:冶金工业出版社，1999．

［2］卢盼盼，王爱琴，谢敬佩，等．时效处理对4A双相不锈钢σ相析出及性能的影响［J］．材料导报，2017，31(16):76－80．LUPan-pan，WANGAi-qin，XIEJing-pei，etal．Effectofagingonσprecipitationandpropertiesof4Aduplexstainlesssteels［J］．MaterialsＲeview，2017，31(16):76－80．